METAMORFISMO Y ROCAS METAMORFICAS

Se llama metamorfismo al proceso natural por el cual se producen ciertas modificaciones de la composición mineralógica y de la estructura de una roca a consecuencia de los cambios de presión y temperatura que aquella experimenta cuando alcanza niveles profundos de la corteza terrestre.

El resultado es una transformación de la roca inicial (roca matriz) en una roca metamórfica, con diferente aspecto y composición mineralógica. Esto ocurre, por ejemplo, cuando se depositan en un geosinclinal espesores considerables de rocas sedimentarias por el proceso general de subsidencia, que puede alcanzar hasta 20 Km de potencia. Una roca situada a estas profundidades, queda sometida a considerables presiones y a temperaturas elevadas que la metamorfizan.

En el metamorfismo son esenciales la presión y la temperatura, pero también tiene una influencia decisiva la presencia de fluidos químicos, que favorecen las reacciones entre minerales y la transformación polimórfica del conjunto

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AGENTES DEL METAMORFISMO

TEMPERATURA

Es el agente fundamental del metamorfismo, debido a que favorece las reacciones químicas. El calor puede provenir de:

a.- Del ascenso del magma debido a su estado incandescente, el cual durante su trayectoria hacia la superficie terrestre, a través de las zonas de debilidad, provoca aumento de temperatura en las rocas encajonantes.

b.- Del calor ordinario que existe a profundidad, debido al gradiente geotérmico (1 grado por cada 33 m de profundidad).

c.- Del calor que se desprende de las reacciones exotérmicas producidas por la desintegración de los minerales radioactivos.

d.- Del calor producido por la fricción de dos grandes masas que son empujadas sobre una roca.

La acción de la temperatura comienza a hacerse notar en el metamorfismo por encima de los 200 0 C. por debajo de esa temperatura los cambios de los minerales son poco importantes y forman parte del proceso de diagénesis.

Entre los 2000 y 8000 C, la transformación mineral es muy grande y la roca cambia notablemente de aspecto, por transformación de unos minerales en otros o por recrecimiento de los iniciales.

Por encima de los 8000 C, comienza la fusión parcial y el proceso de migmatización y a temperaturas mayores se alcanza la anatexia o fusión total, con lo que la roca se convierte en magma.

PRESIÓN.

Este agente produce cambios importantes en las rocas, comprimiendo los átomos que forman los minerales, lo que da lugar a un empaquetamiento más apretado. Esto origina una recristalización de los minerales existentes y además la formación de nuevos minerales, principalmente anhidros y más densos. Hay que distinguir dos tipos de presiones diferentes:

- La presión litostática o confinante, se desarrolla en las rocas profundas y se debe al peso del material suprayacente, es una presión no dirigida que se ejerce en todas direcciones, de la misma manera que la presión hidrostática nos comprime el cuerpo por igual en todas direcciones cuando nos sumergimos en el mar. Esta presión conduce al cambio de volumen y da como resultado la formación de una trama granular.

- Las Presiones dirigidas, se desarrollan allí donde hay movimientos de la corteza (son de origen tectónico).

La presión, en general, tiene varios efectos sobre las rocas en la que actúa:

1. Dificulta o impide los procesos de fusión, desgasificación, los que implican aumento de volumen y el desarrollo de redes cristalinas poco densas, es decir, favorece el desarrollo de minerales con redes cristalinas densas.

- Cuando actúa sobre rocas frías, tiende a producir roturas( cataclasis) y produce rocas trituradas que se llaman milonitas

- La presión que actúa en un ambiente de temperatura elevada favorece la deformación plástica de las rocas. Las rocas así deformadas se llaman tectonitas y tienen sus minerales orientados de acuerdo con las presiones dirigidas, adquiriendo estructuras planares.

Fig. 7.1. los tipos de presión sobre las rocas: a la izquierda, una esfera de referencia es comprimida por la presión confinante, sin perder su forma. A la derecha, las presiones dirigidas que se añaden a la presión confinante, deforma la esfera de referencia.

FLUIDOS QUÍMICAMENTE ACTIVOS.

Como es sabido, los magmas contienen grandes cantidades de gases y vapores de agua que al penetrar a través de la red intergranular de las rocas desempeñan un papel importante en el metamorfismo de las mismas. Estos fluidos conocidos como mineralizadores actúan con efectos principales:

a.- Favorecen las reacciones entre los distintos minerales que constituyen la roca original, pero sin cambiar la composición química global y formando nuevos minerales estables en las nuevas condiciones geológicas.

b.- Introducen iones diferentes en la roca, que al reaccionar con los minerales de esta, formarán nuevos minerales de tal manera que la composición química final será diferente a la inicial. A este proceso se le conoce como metasomatismo.

El agua es el fluido activo principal, ayudada por el bióxido de carbono, los ácidos bórico, clorhídrico y fluorhídrico y otras emanaciones de los plutones magmáticos, que actúan como catalizadores o disolventes y facilitan las reacciones químicas y el ajuste mecánico. Su poder depende de la cantidad y clase de las emanaciones magmáticas, la presión a la que actúan y la porosidad de las rocas invadidas.

En suma, el metamorfismo debe entenderse, en un marco de equilibrio físico químico: los minerales son combinaciones químicas estables en unos intervalos de presión y temperatura, sobrepasados estos, el sistema evoluciona para adquirir un nuevo ordenamiento estable, en equilibrio con las nuevas condiciones. Es evidente que el establecimiento de nuevos equilibrios requiere considerable tiempo.

El metamorfismo puede ser debido a la simple presión orogénica, que actúa en una dirección determinada siendo entonces dinámico; en otros casos se debe a la elevación de la temperatura, ocasionada localmente por la intrusión de un magma, en este caso el metamorfismo, esencialmente térmico, se denomina de contacto. Pero en el caso más general, el metamorfismo en las partes profundas del geosinclinal, afecta a regiones extensas de la corteza terrestre, por lo que recibe el calificativo de regional o termodinámico, por haberse debido a la acción combinada de presión-temperatura.

Cuando un conjunto de rocas sufre metamorfismo como sistema cerrado, es decir sin aportes o pérdidas de materia con respecto al exterior, se dice que se realiza un metamorfismo Isoquímico, que consiste en una simple reorganización de sus minerales, de modo que entre cristales adyacentes puede haber trasiego de elementos químicos, pero la posición del conjunto no varía. Las rocas producidas por este metamorfismo, se llaman genéricamente ectinitas.

En cambio, si la transformación se produce en sistema abierto, con aportes o pérdidas en relación con las rocas de alrededor no afectadas por el metamorfismo, se dice que este es un

metamorfismo alquímico. La composición global se hace diferente y las rocas finales se las llama a veces migmatitas, cuando hay un aporte de fluidos (migma).

TIPOS DE METAMORFISMO

DINAMOMETAMORFISMO O METAMORFISMO DINAMICO

Se produce cuando el aumento de la presión es mucho más importante que el aumento de temperatura. Cuando las rocas, en zonas relativamente superficiales de la litosfera, están sometidas casi exclusivamente a los efectos de una fuerte presión dirigida en un determinado sentido, se producen alteraciones en su estructura, puramente mecánicas. El efecto de esta presión dirigida produce primeramente una cataclasis (brecha de falla) y más tarde una recristalización o milonitización de la roca, las rocas resultantes, las milonitas son ricas en minerales de moscovita, talco, serpentina, distena, granates, etc, indicadores de fuertes presiones.

Otro efecto es la orientación de estructuras en la roca, de acuerdo con el campo de tensiones a que ha estado sometida esta, etc. El resultado más sensible de estas presiones dirigidas es la aparición de planos de disyunción o de exfoliación, perpendiculares a la dirección de la presión sufrida, lo cual es causa de la pizarrosidad o esquistosidad, tan características de las pizarras, micacitas y esquistos. Cuando la exfoliación está muy desarrollada, se puede llegar a perder la estratificación originaria de la roca, quedando sólo los planos de esquistosidad, que en muchas ocasiones, se pueden confundir con la estratificación. En estos casos, los estratos se diferencian por su distinta composición petrográfica, o por contener ciertos fósiles situados, precisamente, en los planos de estratificación, como son por ejemplo los graptolites.

Fig. 7.2. Localización del Metamorfismo Dinámico

Los planos de estratificación de una roca no coinciden, en general, con su esquistosidad. Esta es perpendicular a la dirección de las presiones sufridas por la roca, mientras que los estratos se pliegan formando anticlinales y sinclinales, en la forma que ilustra la fig. A. En el caso de que el plegamiento sea muy intenso, los flancos de los pliegues quedan paralelos entre sí y perpendiculares a la dirección de las presiones sufridas, en cuyo caso la esquistosidad coincide con la estratificación, como aparece en la fig. B

METAMORFISMO DE CONTACTO

Cuando un magma asciende hacia zonas superficiales de la corteza terrestre, por ejemplo, a favor de zonas de fractura, existe un contraste térmico muy acusado, entre el magma y las rocas encajantes más frías. Por esta razón, en la zona de contacto entre ambos, se producen transformaciones notables en la composición de las rocas, que dan lugar a una aureola metamórfica, alrededor de la masa magmática consolidada. Es decir, se produce cuando existen rocas sometidas a fuertes aumentos de temperatura.

El calor y los fluidos generados por los plutones intrusivos alteran profundamente todas las rocas que los rodean (exometamorfismo) aún el mismo intrusivo (endometamorfismo). Como consecuencia de los cambios y reacciones que tienen lugar en las zonas de contacto se forma una serie de minerales denominados minerales metamórficos de contacto, cuya naturaleza química dependerá de la composición de los intrusivos, temperatura, composición de la roca encajante y de las soluciones que acompañan a la intrusión.

El metamorfismo de contacto se presenta en forma de zonas concéntricas, denominadas aureolas de metamorfismo. Los materiales resultantes de estos fenómenos han sido denominados de diferente manera: algunos se les llama rocas de metamorfismo de contacto, otros, tactitas, otros, skarn (el más empleado).

Las rocas duras de grano fino, producidas por el metamorfismo térmico, desarrollado en rocas arcillosas, se les llama hornfels o cornubianitas. Las rocas carbonatadas al ser recristalizadas por metamorfismo de contacto, forman los skarns. Desde luego estas rocas se transformarán de diferente manera, según su composición físico química: cuando las calizas son puras y son afectadas por el calor, se transforman en mármol, que es de grano grueso. Generalmente en las zonas cercanas al intrusivo se van haciendo de grano más fino a medida que se van alejando de la

Los planos de estratificación de una roca no coinciden, en general, con su esquistosidad. Esta es perpendicular a la dirección de las presiones sufridas por la roca, mientras que los estratos se pliegan formando anticlinales y sinclinales, en la forma que ilustra la fig. A. En el caso de que el plegamiento sea muy intenso, los flancos de los pliegues quedan paralelos entre sí y perpendiculares a la dirección de las presiones sufridas, en cuyo caso la esquistosidad coincide con la estratificación, como aparece en la fig. B

fuente. Si la roca calcárea es impura, además de mármol se obtendrá otros minerales, como: granate, vesubianita, epídota, zoisita, escapolita, grosularia, Wollastonita, etc

METAMORFISMO REGIONAL

Es el más importante por el volumen de rocas alas que afecta y va ligado a las fases de plegamiento en la formación de las montañas. Se caracteriza porque las rocas matrices se ven

Caliza

Mármol

sometidas simultáneamente a aumentos de presión dirigidas y de temperatura y se transforman en tectonitas de diverso grado.

Se desarrolla en forma progresiva, desde las zonas superficiales de la corteza terrestre hasta la más profunda de los geosinclinales, a medida que aumentan también progresivamente la presión y la temperatura a que van estando sometidas las rocas. Por esta razón, al ser un proceso gradual, tanto más intenso cuanto mayores hayan sido los factores de presión y temperatura que han actuado, las rocas metamórficas resultantes formarán series en las que también las transformaciones van aumentando progresivamente.

TEXTURAS Y ESTRUCTURAS DE LAS ROCAS METAMORFICAS

A escala microscópica podemos distinguir dos grandes tipos de estructuras metamórficas:

- Las texturas granoblásticas, muestran todos sus granos minerales de tamaño aproximadamente igual. En el caso de tener minerales laminares o prismáticos, pueden estar todos ellos igualmente orientados en el espacio o no.

- Las texturas porfiroblásticas, presentan unos cristales mayores que los demás y han crecido a expensas de los otros. Pueden ser igualmente texturas orientadas o no.

En un macizo montañoso, afectado por el metamorfismo regional, se pueden estudiar las sucesivas “zonas de metamorfismo”, como consecuencia de la acción combinada de la elevación isostática y de la denudación por los agentes de la dinámica externa. En la parte central, aflora el granito de anatexia y en las regiones periféricas, aparecen sucesivamente las migmatitas, los Gneis, las micacitas y esquistos y las pizarras, que son las rocas de metamorfismo

Granito de anatexia

migmatitas gneis

Micacitas y esquistos

Pizarras

Porfiroblástica Granoblástica

Si consideramos la geometría de las rocas metamórficas a escala macroscópica, existen dos tipos de estructuras metamórficas:

-

Las estructuras no orientadas, son características de las corneanas y también de algunas rocas de metamorfismo no térmico, en las que el crecimiento de los minerales queda poco influido por las presiones dirigidas, en general, los mármoles presentan estructuras no orientadas y masivas.

- Las estructuras orientadas, pueden mostrar orientación laminar cuando la roca tiende a partirse según superficies más o menos planas, y orientación lineal cuando se parte en astillas. Las primeras se producen porque existen minerales laminares (micas, etc) que se colocan todos ellos aproximadamente paralelos a la dirección de las presiones dirigidas. Se distinguen las siguientes estructuras laminares:

- Estructura pizarrosa, La roca se parte fácilmente a favor de superficies planas muy perfectas y se pueden separar en lajas muy finas. Las filitas o pizarras de techar se utilizan como tejas en algunos edificios precisamente por tener esta estructura. Las rocas con estructura pizarrosa se llaman pizarras y se dice que tienen pizarrocidad.

- Estructura esquistosa, Las rocas con esta estructura se parten también en placas, pero las superficies de rotura no son totalmente lisas, sino rugosas, pues hay ya bastantes minerales laminares recrecidos que tienden a dificultar la rotura perfectamente plana. Las rocas con

estructura esquistosa se llaman esquistos y presentan esquistocidad. En los esquistos hay abundantes micas neoformadas.

Estructura néisica, es propia de los néises, que son rocas muy transformadas por el metamorfismo y en las que se han formado minerales laminares y minerales no laminares, estas rocas tienden a partirse muy groseramente en placas, cuyas superficies de rotura se muestran siempre alabeadas. Además de su estructura, los néises vienen definidos por un contenido superior al 10% en feldespatos neoformados

Pizarrosa Esquistosa

Néisica

Migmatítica

PRINCIPALES ROCAS METAMORFICAS

Pizarras, son rocas que poseen pequeñas laminillas de moscovita y clorita, no visibles a simple vista y paralelas entre sí que provocan la aparición de una incipiente pizarrosidad. Suelen conservar en parte la composición original de la roca que preceden, las pizarras arcillosas contienen todavía una cierta proporción de arcilla, las pizarras calcáreas contienen carbonato cálcico formando granos de calcita recristalizada, pizarras bituminosas son las que contienen hidrocarburos son de color negro y pueden ser sometidas a destilación para obtener de ellas numerosos subproductos.

Todas estas pizarras han sufrido un metamorfismo poco intenso y suelen conservar fósiles, cosa que nunca ocurre en otras rocas metamórficas. Un tipo especial de pizarras, denominadas tegulares, presentan una pizarrosidad muy marcada, separándose en láminas extensas y de espesor uniforme, por lo que se emplean para cubrir tejados, son silíceas y de color negro brillante.

Esquistos, Cuando el proceso de metamorfismo está más avanzado, las láminas de mica o de clorita son ya visibles a simple vista y la roca presenta un brillo característico "satinado" debido a la orientación paralela de las laminillas de moscovita clorita, recibiendo entonces el nombre de esquisto( del griego schistós, dividido). El tránsito de pizarra a esquisto es insensible, y con frecuencia es difícil marcar un límite preciso entre ambas rocas; sin embargo en los esquistos ya no aparecen fósiles ni restos de materia orgánica, que se ha transformado en grafito.

Es la roca más abundante del metamorfismo regional, debido en gran parte a su origen múltiple. Suele ser mineralógicamente mono o polimineral y presenta una excelente esquistocidad a lo largo de planos paralelos

Los esquistos se han clasificado de acuerdo con los minerales dominantes que contiene, tales como esquisto de cuarzo clorítico, hombléndico, muscovítico, o esquisto de granates. Muchos esquistos se forman a partir de las lutitas, y algunos por metamorfismo de rocas ígneas de grano fino tales como tufos volcánicos, riolitas, basaltos, etc.

Néis, o gneis,(significa hojoso) son rocas pertenecientes a una fase más avanzada del metamorfismo. La moscovita se transforma en ortosa dando lugar a una roca con con feldespato. Estas rocas, suelen tener además cuarzo, y como estos minerales no son aplanados, la roca pierde en gran parte la estructura esquistosa aunque, sin embargo, conserva una orientación general de

sus componentes, por la persistencia de la biotita. Son rocas cuya composición mineralógica es parecida a la del granito, con cuarzo ortosa y biotita, pero que presenta una cierta orientación de estos minerales.

Es una roca metamórfica granular de alto grado, producto del metamorfismo regional. Presenta el típico aspecto bandeado, que lo hace fácilmente reconocible. En los gneises formados a partir de rocas ígneas como el granito, gabro o diorita, los minerales se colocan en capas paralelas, alternando el cuarzo y feldespato con los ferromagnesianos. Los gneis derivados de rocas magmáticas se denominan ortogneis y los derivados de rocas sedimentarias paragneis.

Migmatitas. Estas rocas metamórficas están íntimamente ligadas con los procesos de granitización. Son rocas híbridas o rocas mixtas, producto de una mezcla por efectos de una penetración magmática en rocas ya metamorfoseadas. Su composición media es la del granito y aunque presenta algunas características como feldespatos, grandes y abundantes, también pre-sentan restos de esquistocidad.

Mármol. Es una roca metamórfica no foliada, granular, compuesta esencialmente de calcita o dolomita; está formada por el metamorfismo de contacto o regional de rocas carbonatadas como las calizas y dolomías; carece de esquistocidad. Los cristales que la forman son mucho mayores debido a la recristalización sufrida por el incremento de temperatura.

La variedad más pura es el mármol blanco. Aunque contiene pequeñas proporciones de otros minerales accesorios, formados durante el metamorfismo a partir de las impurezas existentes en la roca original, puede haber variedad de colores, el mármol negro por la materia bituminosa, el verde por diópsido y homblenda, el rojo por la hematita.

Cuarcitas. Es una roca resultante del metamorfismo de areniscas, carece de foliación y se distingue de las areniscas en que carece totalmente de poros, y al romperla, se rompen los granos de cuarzo en vez de romperse alrededor de ellos.